變壓器基礎(chǔ)(電氣控制課件)

變壓器基礎(chǔ)變壓器的用途和分類

用途和分類

變壓器是用來(lái)改變交流電壓大小的電氣設(shè)備。主要用于輸配電系統(tǒng)，而且還廣泛應(yīng)用于電氣控制領(lǐng)域、電子技術(shù)領(lǐng)域，測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域以及焊接技術(shù)領(lǐng)域等。分類按相數(shù)分類單相變壓器三相變壓器分類

常用于單相交流電路中隔離、電壓等級(jí)的變換、阻抗變換、相位變換或三相變壓器組。單相變壓器分類常用于輸配電系統(tǒng)中變換電壓和傳輸電能。三相變壓器分類按用途分類電力變壓器儀用互感器電爐變壓器自耦變壓器電焊變壓器分類儀用互感器

電能系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備，它的二次電壓或電流用于測(cè)量?jī)x器或繼電保護(hù)自動(dòng)裝置，使二次設(shè)備與高壓隔離，保證設(shè)備和人身安全。電爐變壓器常用于冶煉、加熱及熱處理。自耦變壓器常用于實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)上調(diào)壓。電焊變壓器常用于焊接各類鋼鐵材料的交流電焊機(jī)上。按鐵心結(jié)構(gòu)形式殼式鐵心心式鐵心C形鐵心分類殼式鐵心常用于小型變壓器、大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機(jī)等的電源電壓器。心式鐵心用于大、中型變壓器、高壓的電力變壓器。C型鐵心常用于電子技術(shù)中的變壓器，例如電流互感器、電壓互感器等。特點(diǎn)繞線方便、安全高效、耐壓性強(qiáng)。按冷卻方式油浸式變壓器風(fēng)冷式變壓器自冷式變壓器干式變壓器分類油浸式變壓器常用于大、中型變壓器風(fēng)冷式變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，用于大型變壓器。自冷式變壓器空氣冷卻，用于中、小型變壓器。干式變壓器用于安全防火要求較高的場(chǎng)合，如地鐵、機(jī)場(chǎng)及高層建筑。變壓器基礎(chǔ)變壓器的用途和分類

用途和分類變壓器電源變壓器電力變壓器環(huán)形變壓器自耦調(diào)壓器控制變壓器三相干式變壓器變壓器基礎(chǔ)用途用途變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應(yīng)原理，將某一等級(jí)的交流電壓變換成頻率相同的另一等級(jí)的交流電壓，以滿足不同負(fù)載的需求。用途案例：電能的產(chǎn)生、輸送與分配圖1-1電力輸送過(guò)程示意圖

用途調(diào)壓變壓器用來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓，小容量的調(diào)壓變壓器也應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室中。實(shí)驗(yàn)用高壓變壓器電壓高達(dá)750KV，若三臺(tái)串聯(lián)，電壓可達(dá)2250KV?？勺龈邏航^緣擊穿實(shí)驗(yàn)。量測(cè)變壓器電流互感器，電壓互感器。用途控制用變壓器小功率變壓器用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，一次邊接380V主電路，二次邊提供127V,110V電壓給控制電路。特殊電源變壓器電爐變壓器整流（六相)電焊(低壓、大電流)用途可變負(fù)載等效阻抗當(dāng)電壓、電流變化時(shí)，等效阻抗變化。1）用于無(wú)線電路，如收音機(jī)，阻抗匹配。2）可用于某些電路輸入、輸出，以抗干擾。用途變壓器基礎(chǔ)變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器基本結(jié)構(gòu)（1）鐵心（2）繞組變壓器主要由兩部分組成

鐵心構(gòu)成變壓器磁路系統(tǒng)，并作為變壓器的機(jī)械骨架。采用0.3-

0.35mm厚的硅鋼片制作，減小鐵耗。

對(duì)鐵心的要求是導(dǎo)磁性能好，磁滯損耗及渦流損耗要盡量小。（1）鐵心鐵軛

鐵心柱國(guó)產(chǎn)硅鋼片有：熱軋硅鋼片(淘汰)、冷軋無(wú)取向硅鋼片、冷軋晶粒取向硅鋼片。目前開(kāi)始使用鐵基、鐵鎳基、鈷基等非材料制作鐵心。變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心心疊片式鐵心可以構(gòu)成心式變壓器或殼式變壓器。均用沖制成的硅鋼片疊裝而成。為了減小鐵心磁路的磁阻以減小鐵心損耗，要求鐵心裝配時(shí)，接縫處的空氣隙應(yīng)越小越好。

心式變壓器殼式變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心

鐵心變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心大、中型變壓器的鐵心，一般都將硅鋼片裁成條狀，采用交錯(cuò)疊片的方式疊裝而成

鐵心單相小容量變壓器鐵心形式變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心

小型變壓器為了簡(jiǎn)化工藝和減少氣隙，近來(lái)也有采用新型加工工藝制成的C、O形鐵心，如下圖：變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心卷制式鐵心用0.3mm晶粒冷軋硅鋼片裁剪成一定寬度的硅鋼帶后再卷制成環(huán)形。C形變壓器變壓器的基本結(jié)構(gòu)鐵心

（2）繞組小型變壓器一般用具有絕緣的漆包圓銅線繞制而成，對(duì)容量稍大的變壓器則用扁銅線或扁鋁線繞制。變壓器的線圈通常稱繞組，是變壓器中的電路部分。同心式繞組交疊式繞組

根據(jù)高壓繞組與低壓繞組的相互位置與形狀，繞組分為變壓器的基本結(jié)構(gòu)繞組變壓器的基本結(jié)構(gòu)繞組(1)．同心式繞組高、低壓繞組同心地套裝在鐵心柱上。為了便于與鐵心絕緣，把低壓繞組套裝在里面，高壓繞組套裝在外面。按其繞制方法的不同又可分為圓筒式、螺旋式和連續(xù)式

變壓器的基本結(jié)構(gòu)繞組(2)．交疊式繞組將繞組分成若干個(gè)線餅交替排列又稱餅式繞組漏抗小、機(jī)械強(qiáng)度高、引線方便。主要用在低電壓、大電流的變壓器上，如容量較大的電爐變壓器、電阻電焊機(jī)（如點(diǎn)焊、滾焊和對(duì)焊電焊機(jī)）變壓器等。優(yōu)點(diǎn):變壓器基礎(chǔ)電力變壓器繞組

電力變壓器繞組1.變壓器的極性同極性端或同名端

變壓器的一、二次繞組繞在同一個(gè)鐵心上，當(dāng)同時(shí)交鏈的磁通Ф交變時(shí)，兩個(gè)繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)一次繞組的某一端點(diǎn)瞬時(shí)電位為正時(shí)，二次繞組也必有一電位為正的對(duì)應(yīng)端點(diǎn)。這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)，稱為同極性端或同名端，通常用符號(hào)“·”表示。

變壓器的極性電力變壓器繞組變壓器的極性電力變壓器繞組變壓器繞組的正確連接圖繞組的錯(cuò)誤連接繞組電壓為110V，電源電壓為220V時(shí)的連接方法繞組電壓為110V，電源電壓為110V時(shí)的連接方法無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，將燒毀繞組變壓器極性的判定電力變壓器繞組2.變壓器極性的判定(1)對(duì)兩個(gè)繞向已知的繞組繞向不同時(shí)，同名端不同(2)對(duì)一臺(tái)已經(jīng)制成的變壓器

交流法測(cè)定同名端U13＝U12—U34，則說(shuō)明N1、N2組為反極性串聯(lián)，故1和3為同名端。如果U13＝U12＋U34，則1和4為同名端。變壓器極性的判定電力變壓器繞組(2)對(duì)一臺(tái)已經(jīng)制成的變壓器直流法測(cè)定同名端開(kāi)關(guān)S合上的一瞬間，如毫伏表指針向正方向擺動(dòng)，則接直流電源正極的端子與接直流毫伏表正極的端子為同名端。變壓器極性的判定電力變壓器繞組（1）三相變壓器繞組的連接方法

繞組名稱

單相變壓器

三相變壓器

中性點(diǎn)

首端

末端

首端

末端高壓繞組U1U2U1、V1、W1U2、V2、W2N低壓繞組U1U1U1、v1、w1U2、v2、w2n中壓繞組U1mU2mU1m、V1m、WlmU2m、V2m、W2mNm

繞組的首端和末端的標(biāo)記3.三相變壓器的連接組別三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組三相繞組連接方法字母表示：舊標(biāo)準(zhǔn)：Y和△高壓Y，D，N低壓y,d，n新標(biāo)準(zhǔn)：三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組聯(lián)結(jié)組別表示一次繞組線電壓與二次繞組線電壓之間的相位關(guān)系。

一、二次繞組線電動(dòng)勢(shì)的相位差總是300的整數(shù)倍。因此，國(guó)際上規(guī)定，標(biāo)志三相變壓器一、二次繞組線電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系用時(shí)鐘表示法。

三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組規(guī)定一次繞組線電勢(shì)為長(zhǎng)針，永遠(yuǎn)指向鐘面上的“12”，二次繞組線電勢(shì)為短針，它指向鐘面上的哪個(gè)數(shù)字，該數(shù)字則為該三相變壓器聯(lián)結(jié)組別的標(biāo)號(hào)。標(biāo)號(hào)為3123三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組聯(lián)結(jié)組別三相變壓器一、二次繞組不同接法的組合形式有：Y，y；YN，d；Y，d；Y，yn；D，y；D，d等，其中最常用的組合形式有三種，即Y，yn；YN，d和Y，d

。大容量的變壓器通常采用Y，d或YN，d聯(lián)結(jié)。相電壓只有線電壓的1／，當(dāng)中性點(diǎn)引出接地時(shí)，繞組對(duì)地的絕緣要求降低了。容量不太大而且需要中性線的變壓器，廣泛采用Y，yn聯(lián)結(jié)，以適應(yīng)照明與動(dòng)力混合負(fù)載需要的兩種電壓。

三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組Y,y0聯(lián)結(jié)組（2）Y，y聯(lián)結(jié)組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組Y,y6聯(lián)結(jié)組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組

Y,d11聯(lián)結(jié)組（3）Y，d聯(lián)結(jié)組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組Y,d1聯(lián)結(jié)組三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組為了制造及運(yùn)行方便的需要，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三相電力變壓器只采用五種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)組，即Y，yn0、YN，d11、YN，y0、Y，y0和Y，dll。常用，它用于容量不大的三相配電變壓器，低壓側(cè)電壓為400～230V，用以供給動(dòng)力和照明的混合負(fù)載。一般這種變壓器的最大容量為1800kV·A，高壓側(cè)的額定電壓不超過(guò)35kV。

Y，yn0三相變壓器的連接組別電力變壓器繞組變壓器基礎(chǔ)變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器的工作原理高壓交流輸電升壓降壓用戶電能輸電案例：變壓器的工作原理根據(jù)電磁感應(yīng)原理：改變一、二次繞組的匝數(shù)，就可達(dá)到改變電壓的目的。一次側(cè)加交流電壓u1

——i1——鐵心中產(chǎn)生與u1加同頻率的交變磁通Φ

——分別在兩個(gè)繞組感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)鐵心線圈電磁感應(yīng)原理變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行規(guī)定參考方向：（1）電壓的參考方向：在同一支路中，電壓的參考方向與電流的參考方向一致。（2）磁通的參考方向：磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的參考方向：由交變磁通Ф產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，其參考方向與產(chǎn)生該磁通的電流參考方向一致（即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與產(chǎn)生它的磁通Ф之間符合右手螺旋定則）。

1.變壓器空載運(yùn)行二次繞組開(kāi)路變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行I0與Φm同相(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通關(guān)系結(jié)論：e滯后于Φ900變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行(2)有效值與變比E1=4.44fN1ФmE2=4.44fN2Фm略去一次繞組中的阻抗不計(jì)，U1≈E1；二次繞組開(kāi)路，U2≈E2變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行(3)空載電流與空載損耗空載損耗絕大部分是鐵心損耗P0，即磁滯損耗與渦流損耗，只有極少部分是一次繞組電阻上的銅損耗?？烧J(rèn)為變壓器的空載損耗就是變壓器的鐵心損耗空載電流（2～10）％IN

無(wú)功分量Iq，用來(lái)建立磁場(chǎng)，起勵(lì)磁作用有功分量Id，用來(lái)供給變壓器鐵心損耗<10％I0

如圖所示，低壓照明變壓器一次繞組匝數(shù)N1＝660匝，一次繞組電壓Ul＝220V，現(xiàn)要求二次繞組輸出電壓U2＝36V，求二次繞組匝數(shù)N2及變比Ku。降壓變壓器：Ku>1升壓變壓器:Ku<1例題：變壓器的工作原理變壓器空載運(yùn)行

2.變壓器負(fù)載運(yùn)行變壓器的工作原理變壓器負(fù)載運(yùn)行二次繞組中有電流一次繞組中電流變?yōu)閕1

在二次繞組接通負(fù)載以后，二次繞組流過(guò)負(fù)載電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生新的磁通來(lái)削弱一次繞組電流產(chǎn)生的磁通，使其減小。當(dāng)電壓不變時(shí)。磁通的減小會(huì)使一次繞組電流有所增加，最終使磁通保持原來(lái)的大小。變壓器的工作原理變壓器負(fù)載運(yùn)行式中I0是勵(lì)磁電流，磁通不變，則勵(lì)磁電流也保持不變，因電流很小，計(jì)算分析時(shí)可以忽略。N1I1≈N2I2忽略I0可得：變壓器的高壓繞組匝數(shù)多，而通過(guò)的電流小，因此繞組所用的導(dǎo)線細(xì)；反之低壓繞組匝數(shù)少，通過(guò)的電流大，所用的導(dǎo)線較粗。1、變壓器為純阻性負(fù)載時(shí)：功率因數(shù)cosφ2=1，隨著負(fù)載電流的增大，變壓器二次繞組的輸出電壓逐漸降低，即變壓器輸出電壓具有微微下降的外特性。如圖中綠色曲線所示。2、變壓器為純感性負(fù)載時(shí)：功率因數(shù)cosφ2<1，隨著負(fù)載電流的增大，變壓器二次繞組的輸出電壓降低較快。3、變壓器為純?nèi)菪载?fù)載時(shí)：功率因數(shù)cosφ2<1，φ2為負(fù)值，超前的無(wú)功電流有助磁作用，主磁通會(huì)增加一些，E2也隨之增加，使得U2會(huì)隨著I2的增加而增加。如圖中的紅色曲線。變壓器的工作原理變壓器負(fù)載運(yùn)行其中：3.變壓器阻抗變換相當(dāng)于直接接在一次繞組上的等效阻抗

變壓器的工作原理變壓器阻抗變換作用：阻抗匹配如使音響設(shè)備輸出的阻抗與揚(yáng)聲器的阻抗盡量相等，以獲得最大的輸出功率。變壓器的工作原理變壓器阻抗變換某晶體管收音機(jī)輸出電路的輸出阻抗為Z’=392Ω，接入的揚(yáng)聲器阻抗為Z=8Ω，現(xiàn)加接一個(gè)輸出變壓器使兩者實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，求該變壓器的變比K；若該變壓器一次繞組匝數(shù)N1=560匝，問(wèn)二次繞組匝數(shù)N2為多少?例題：變壓器的工作原理變壓器阻抗變換變壓器基礎(chǔ)電力變壓器結(jié)構(gòu)電力變壓器一般為三相變壓器結(jié)構(gòu)，主要組成部分：鐵心、繞組、油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置電力變壓器結(jié)構(gòu)扁式油管散熱器片式散熱器

電力變壓器結(jié)構(gòu)油箱和冷卻裝置為了鐵心和繞組的散熱和絕緣，將鐵心和繞組放在絕緣的變壓器油內(nèi)。油箱內(nèi)裝變壓器油容量大于10000kV·A的電力變壓器，采用風(fēng)吹冷卻或強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻裝置。油箱周圍加裝散熱裝置，（老）扁形散熱油管，（新）片式散熱器。油箱和冷卻裝置電力變壓器結(jié)構(gòu)三相變壓器結(jié)構(gòu)儲(chǔ)油柜通過(guò)連接管與油箱相通，當(dāng)變壓器油熱脹時(shí)，油由油箱流向儲(chǔ)油柜；當(dāng)變壓器油冷縮時(shí)，油由儲(chǔ)油柜流向油箱。即使變壓器油與空氣的接觸面積大為減小，又減緩了變壓器油的老化速度。新型的全充油密封式電力變壓器則取消了儲(chǔ)油柜，運(yùn)行時(shí)變壓器油的體積變化完全由設(shè)在側(cè)壁的膨脹式散熱器（金屬波紋油箱）來(lái)補(bǔ)償。油箱和冷卻裝置電力變壓器結(jié)構(gòu)保護(hù)裝置氣體繼電器在油箱和儲(chǔ)油柜之間的連接管中裝有氣體繼電器，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，內(nèi)部絕緣物汽化，使氣體繼電器動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)或使開(kāi)關(guān)跳閘。防爆管（安全氣道）裝在油箱頂部，它是一個(gè)長(zhǎng)的圓形鋼筒，上端用酚醛紙板密封，下端與油箱連通。若變壓器發(fā)生故障，使油箱內(nèi)壓力驟增時(shí)，油流沖破酚醛紙板，以免造成變壓器箱體爆裂。近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)電力變壓器已廣泛采用壓力釋放閥來(lái)取代防爆管。保護(hù)裝置電力變壓器結(jié)構(gòu)

三相變壓器結(jié)構(gòu)銘牌電力變壓器產(chǎn)品型號(hào)S7-500／10標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)XXXX額定容量500kV.A產(chǎn)品代號(hào)XXXX額定電壓10kV出廠序號(hào)XXXX額定頻率50Hz三相聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Y，yn0阻抗電壓4％冷卻方式油冷使用條件戶外開(kāi)關(guān)位置高壓低壓電壓／V電流／A電壓／V電流/AⅠ

10500

27.5Ⅱ

10000

28.9

400721.7

Ⅲ

9500

30.4XX變壓器廠XX年XX月銘牌電力變壓器結(jié)構(gòu)①型號(hào)②額定電壓U1N和U2N

U1N：高壓側(cè)額定電壓，指加在一次繞組上的正常工作的線電壓值。高壓側(cè)標(biāo)出的三個(gè)電壓值，可以根據(jù)高壓側(cè)供電電壓的實(shí)際情況選擇。U2N：變壓器空載時(shí)，高壓側(cè)加上額定電壓后，二次繞組兩端的線電壓值。額定值電力變壓器結(jié)構(gòu)

③額定電流I1N和I2N

根據(jù)變壓器容許發(fā)熱的條件而規(guī)定的滿載線電流值。④額定容量SN

變壓器在額定工作狀態(tài)下，二次繞組的視在功率，其單位為kV·A。單相變壓器的額定容量三相變壓器的額定容量額定值電力變壓器結(jié)構(gòu)

⑤阻抗電壓阻抗電壓又稱為短路電壓。是將變壓器的二次繞組短路，使一次繞組電壓慢慢加大，當(dāng)二次繞組的短路電流達(dá)到額定電流時(shí)，一次繞組所施加的電壓與額定電壓U1N的百分比。它標(biāo)志在額定電流時(shí)變壓器阻抗壓降的大小。⑥聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Y（高壓繞組作星形聯(lián)結(jié)）y（低壓繞組作星形聯(lián)結(jié)）；D（高壓繞組作三角形聯(lián)結(jié)）d（低壓繞組作三角形聯(lián)結(jié)）；N（高壓繞組作星形聯(lián)結(jié)時(shí)的中性線）n（低壓繞組作星形聯(lián)結(jié)時(shí)的中性線）yn0其中數(shù)字表示變壓器一次繞組線電壓和二次繞組線電壓的相位差關(guān)系額定值電力變壓器結(jié)構(gòu)例1－1：一臺(tái)三相油浸自冷式鋁線變壓器，已知SN＝560kV·A，U1N/U2N=10000V/400V，試求一次、二次繞組的額定電流I1N

、I2N各是多大?解：變壓器基礎(chǔ)儀用互感器儀用互感器作用：①為了測(cè)量人員的安全，使測(cè)量回路與高壓電網(wǎng)相互隔離；②擴(kuò)大測(cè)量?jī)x表（電流表及電壓表）的測(cè)量范圍。電壓互感器電流互感